随着厌氧消化工艺的进步与完善,厌氧处理技术在全世界范围内被迅速的广泛应用。同时,与之相关的厌氧反应数学模型的研究也取得新进展。迄今为止,厌氧消化模型逐渐分化为白箱结构模型与黑箱模糊模型两种主要形式,其中结构模型以Andrews模型及IWA的ADM1模型为代表,而黑箱模型的代表为Bp神经网络与模糊神经网络模型。研究结果表明,虽然两类模型均尝试对厌氧消化反应器进行模拟,但是由于厌氧消化系统是一个多变量、强耦合、高度非线性的超复杂系统,传统的结构方法存在一定不足和缺陷,诸如参数获取困难、模型结构复杂,升级与简化过程工作量大等,而黑箱模型又完全脱离了厌氧生化过程的研究进展。通过对以上两类方法的分析,结合厌氧消化反应的最新研究进展,本研究提出以系统动力学为基础,采用定性与定量相结合的建模理论及方法,在解决黑箱、灰箱、白箱等模型构建和相关数学方法的基础上,构建完整的厌氧消化反应系统系统动力学混箱模型(APVM)。论文的主要内容及成果如下:●利用系统动力学表函数方法对厌氧消化反应基础动力学进行研究,并提出综合Monod方程与半定量表函数的方法对抑制现象进行模拟创新性的方法,新的数学工具和提出的方法统一抑制动力学的形式,从而实现对复杂抑制动力学和现象简单有效的模拟,充分保留了系统信息,同时减少了需要的参数数量,可以确保对系统的真实还原;●基于系统动力学的建模思想及理论,研究提出采用定性分析+定量模拟的综合反馈方法构建厌氧消化系统动力学模型。通过系统分析归纳了存在于事物之间的三种基本模式,并首次提出系统动力学事物之间的关系模式同样适用于描述子系统之间的关系的思想,这为分块建模奠定理论基础。●在定性分析的基础上,论文首次提出基于系统分解及综合的分块建模理论。将以葡萄糖为进水基质的厌氧反应器作为研究对象,分别构建了组成该系统的三个基本功能模块。与实测数据对比表明,基于分块理论构建厌氧消化模型与传统结构模型相比具有等效性,并在其基础上极大程度的简化了模型的结构,便于实现模型的简化与升级。●针对传统模型静态参数存在信息缺失、容易引入误差等问题,研究基于系统动力学的反馈理论提出三种参数自调节手段,并选择了适合于厌氧消化系统的方法。同时,论文对厌氧反应器生化反应耦合复杂流态的综合模型构建做出理论探讨,并对其在SD模型中的实现作相应研究。●在分块建模理论的基础上,根据厌氧消化反应领域的最新研究进展,参考ADM1的结构形式,论文将厌氧消化系统划分为5组模块,并在此基础上构建了相对完整的厌氧消化反应器数学模型。首次在模型中同时综合黑箱模糊、白箱结构、灰箱表函数等计算方法,并提出针对不同模块采用不同的数据处理手段。利用研究构建的模型对实际运行反应器进行了模拟,模拟结果表明,基于分块理论建立的模型可以有效的简化模型结构,减少模型计算量,并具有良好的可拓展性。